A turbulência é um fenômeno onipresente - e um dos grandes mistérios da física. Uma equipe de pesquisa da Universidade de Oldenburg, na Alemanha, conseguiu gerar turbulências de tempestade realistas no túnel de vento do Centro de Pesquisa de Energia Eólica (ForWind).

Fortes tempestades muitas vezes parecem deixar para trás destruição aleatória:enquanto as telhas de uma casa são destruídas, a propriedade vizinha não pode ser danificada. O que causa essas diferenças são rajadas de vento - ou, como dizem os físicos, turbulência local. Resulta de fluxos atmosféricos em grande escala, mas até agora, é impossível predizê-lo em grandes detalhes.

Especialistas da Universidade de Oldenburg e da Université de Lyon abriram caminho para o estudo da turbulência em pequena escala:A equipe liderada pelo físico de Oldenburg, Prof. Dr. Joachim Peinke, conseguiu gerar fluxos turbulentos em um túnel de vento. Os fluxos assemelham-se aos que ocorrem em grandes vendavais. A equipe encontrou uma maneira de cortar literalmente uma fatia de uma tempestade, os pesquisadores relatam no jornal Cartas de revisão física . "Nossa descoberta experimental torna nosso túnel de vento um modelo para uma nova geração dessas instalações em que, por exemplo, os efeitos da turbulência nas turbinas eólicas podem ser investigados de forma realista, "diz Peinke.

O parâmetro mais importante que caracteriza a turbulência de um fluxo é o chamado número de Reynolds:esta quantidade física descreve a relação entre a energia cinética e as forças de atrito em um meio. Em termos simples, você pode dizer:quanto maior o número de Reynolds, quanto mais turbulento for o fluxo. Um dos maiores mistérios da turbulência são suas estatísticas:eventos extremos, como fortes, rajadas de vento repentinas ocorrem com mais freqüência se você olhar para escalas menores.

Equações não resolvidas

"Os redemoinhos turbulentos de um fluxo tornam-se mais graves em escalas menores, "explica Peinke, que lidera o grupo de pesquisa Turbulence, Energia Eólica e Estocástica. Em uma forte tempestade, isto é, quando o número de Reynolds é alto, uma mosca é, portanto, afetada por condições de fluxo muito mais rajadas do que, dizer, um avião. As razões específicas para isso não são bem conhecidas:as equações físicas que descrevem os fluidos ainda não foram resolvidas quando se trata de turbulência. Esta tarefa é um dos famosos problemas da matemática do milênio, em cuja solução o Clay Mathematics Institute nos EUA investiu um milhão de dólares cada.

No grande túnel de vento do Centro de Pesquisa de Energia Eólica (ForWind), a equipe de Oldenburg agora conseguiu gerar condições de vento mais turbulentas do que nunca. Em comparação com experimentos anteriores, os pesquisadores aumentaram o número de Reynolds cem vezes e assim simularam condições semelhantes às encontradas em uma tempestade real. "Ainda não vemos um limite superior, "diz Peinke." A turbulência gerada já está muito próxima da realidade. "

Experimentos no túnel de vento

O túnel de vento de Oldenburg tem uma seção de teste de 30 metros de comprimento. Quatro ventiladores podem gerar velocidades de vento de até 150 quilômetros por hora, que corresponde a um furacão de categoria 1. Para criar um fluxo de ar turbulento, os pesquisadores usam uma chamada grade ativa, que foi desenvolvido para as necessidades especiais do grande túnel de vento de Oldenburg. A estrutura, três por três metros de tamanho, está localizado no início do túnel de vento e consiste em quase mil pequenos, asas de alumínio em forma de diamante. As placas de metal são móveis. Eles podem ser girados em duas direções por meio de 80 eixos horizontais e verticais. Isso permite que os pesquisadores eólicos bloqueiem e reabram seletivamente pequenas áreas do bocal do túnel de vento por um curto período de tempo, fazendo com que o ar seja rodado. "Com a grade ativa - a maior de seu tipo no mundo - podemos gerar muitos campos de vento turbulentos diferentes no túnel de vento, "explica Lars Neuhaus, que também é membro da equipe e desempenhou um papel fundamental neste estudo.

Para os experimentos, a equipe variou o movimento da grade de maneira caótica, semelhante às condições que ocorrem no fluxo de ar turbulento. Eles também mudaram a força dos fãs de forma irregular. Assim, além da turbulência em pequena escala, o fluxo de ar gerou um movimento maior na direção longitudinal do túnel de vento. "Nossa principal descoberta é que o fluxo do túnel de vento combina esses dois componentes na perfeição, turbulência de tempestade realista, "explica o co-autor Dr. Michael Hölling. O físico também preside o Comitê Internacional de Testes de Túneis de Vento da Academia Europeia de Energia Eólica (EAWE). Essa turbulência de tempestade surgiu de 10 a 20 metros atrás da rede ativa.

Redemoinhos em pequena escala

"Ajustando a grade e os ventiladores do túnel de vento, geramos uma turbulência em grande escala com cerca de dez a cem metros de tamanho. Ao mesmo tempo, uma turbulência em pequena escala com dimensões de alguns metros e menos apareceu espontaneamente. Contudo, ainda não sabemos exatamente porque, "Hölling explica. Conforme ele e seus colegas relatam, esta nova abordagem torna possível reduzir a turbulência atmosférica relevante para turbinas eólicas, aeronaves ou casas com o tamanho de um metro no túnel de vento. Isso permitirá que os pesquisadores conduzam experimentos realistas com modelos miniaturizados no futuro - nos quais rajadas extremas ocorrem com a mesma frequência que em tempestades reais.